故事发生在英格兰西南部的乡村。穷困的小贩约翰・德贝菲尔德有一天从一位牧师口中得知，自家竟然是古老贵族德伯家族的后代。他得意忘形，到酒馆里喝得酩酊大醉，以为好日子就要来了。

故事开头，村里的女孩们穿著白衣，在五朔节的田野上跳舞。三位路过的兄弟停下来看，其中最小的一位加入了舞会，却没有选黛丝当舞伴；离开时，他回头望了她一眼，心中有些后悔。那就是安吉尔。

约翰的大女儿黛丝十六岁，美丽、纯真又有责任感。因为父亲醉倒，黛丝只好在天亮前赶著马车替家里送货，却在途中打了瞌睡，马车和邮车相撞，家里唯一的老马「王子」被撞死了。失去了谋生的工具，黛丝深感愧疚，觉得是自己害了全家。

母亲听说附近住著一户有钱的德伯家，便要黛丝去「认亲」，希望能得到帮助。其实那户人家并不是真正的贵族后代，只是一个暴发户花钱买下了这个姓氏。

黛丝在那里遇见了这家的儿子亚雷克。他是一个轻浮放荡的花花公子，一见黛丝就打起她的主意。为了家人，黛丝只好留下来替他们家养鸡。

亚雷克不断纠缠她。一天夜里，他故意在森林中迷路，趁黛丝熟睡时侵犯了她。黛丝在屈辱中回到家，不久发现自己怀孕了。她质问母亲：你为什么不早点告诉我，男人是危险的？那些上流小姐都读过小说，知道要提防，可是从来没有人教过我。

她生下一个男孩，孩子却在襁褓中病重。按照当时的教义，没有受洗的孩子死后不能上天堂，牧师却不肯来替私生子施洗。黛丝在深夜里亲手替孩子施洗，替他取名「悲伤」。孩子死后，她只能把他埋在教堂墓地角落，与自杀者和未受洗者葬在一起。

为了离开村人的闲言闲语，黛丝到遥远的塔尔波塞斯牧场当挤奶女工。牧场的生活宁静而美好，黛丝渐渐恢复了生气，仿佛重新活了一次；清晨的薄雾、草地上的牛群和夏日的绿意，都让她重新感到生命的美好。

在这里，她遇见了牧师的儿子安吉尔・克莱尔。安吉尔思想开明，不愿依照家人的期望当牧师，而是来牧场学习农业，打算将来经营农场。两人在这里重逢，安吉尔这才想起，自己曾在那场五朔节舞会上错过了她。牧场上的三位挤奶女工都爱著安吉尔，但他爱上的是黛丝。有一个星期天，小路被大雨淹没，安吉尔把四位挤奶女工一个个抱过积水，抱著黛丝的时候，两人的心意已经不言而喻。

安吉尔向黛丝求婚。黛丝深爱他，却因为过去的经历，一再拒绝。最后她写了一封信，把一切告诉他，从门缝塞进他的房间；这封信却滑进了地毯底下，安吉尔始终没有看到。

两人结婚了。新婚之夜，安吉尔先坦承自己曾经在伦敦和一位陌生女子有过一段放纵的关系，请求黛丝原谅。黛丝毫不犹豫地原谅了他，接著也鼓起勇气说出自己的过去。

可是安吉尔无法接受。他说，眼前的女人已经不是他所爱的那个人。他没有发怒，却冷漠地疏远她，留下一笔钱，独自远走巴西。分手前的一个夜里，安吉尔在梦游中抱起黛丝，喃喃地说著「我的妻子，死了，死了」，把她放进修道院废墟里一具空的石棺中；黛丝静静地任由他摆布，第二天他却什么也不记得。同样的过错，男人可以被原谅，女人却被抛弃，这正是哈代想控诉的双重标准。

黛丝为了不让丈夫的家人担心，不肯向他们求助。钱用完后，她到贫瘠的燧石农场做粗重的农活，在寒风中挖芜菁，又被派去操作冒著黑烟、轰隆作响的蒸汽打谷机，日以继夜地工作。

这时，亚雷克再度出现。他听了安吉尔父亲的布道，一度改信宗教，成为巡回传教士；但一见到黛丝，他又抛弃了信仰，再度纠缠她。黛丝一次次写信给远在巴西的安吉尔，却始终没有回音。她的最后一封信充满了悲愤：你为什么对我这么残忍？我不该得到这样的对待。

不久，黛丝的父亲去世，一家人被赶出了租来的房子，无家可归。亚雷克趁机提出帮助她的家人，条件是她回到他身边。在绝望之中，黛丝屈服了。

安吉尔在巴西大病一场，经历了许多事，终于明白自己当初有多么残忍。他回到英国寻找黛丝，最后在海滨的度假小镇找到她：她穿著华丽的衣服，和亚雷克住在一起。黛丝痛苦地告诉他：太迟了。

安吉尔离开后，绝望的黛丝和亚雷克争吵，在激动之中刺死了他。她追上安吉尔，两人一起逃亡，在荒野中度过了几天短暂而幸福的时光。最后，他们来到古老的巨石阵。黛丝躺在石坛上睡著了，天亮时，警察包围了他们。黛丝平静地说：我准备好了。在被捕之前，她请求安吉尔，在她死后照顾并娶她纯洁的妹妹丽莎露。

黛丝被判处绞刑。行刑那天，安吉尔和黛丝的妹妹丽莎露站在山坡上，看著监狱塔上升起黑旗。小说最后写道：「正义」得到了伸张，众神之主结束了他对黛丝的戏弄。

哈代用「一个纯洁的女人」作为副标题，挑战了维多利亚时代的道德观：黛丝的「堕落」并不是她的错，她是被侵犯、被抛弃、被社会唾弃的受害者，她的心始终是纯洁的。

小说中充满了命运的偶然：一句牧师的闲话、一次打瞌睡、一封滑进地毯下的信，都改变了黛丝的一生。哈代也描写了工业化对传统乡村的冲击，用蒸汽打谷机这样的意象，表现机器如何吞噬人的生活。这部作品在第一波女性主义运动期间引发热烈讨论，至今仍是探讨女性命运的重要经典。